地铁车站屏蔽门漏风量模拟计算分析.doc

地铁车站屏蔽门漏风量模拟计算分析摘要本文应用通用流体分析软件STAR-CD对地铁车站屏蔽门漏风量进行模拟计算，得出列车停站 期间屏蔽门开启后站台内空气通过屏蔽门渗入到隧道的空气量，为确定车站空调负荷提供依据，并为今 后更为准确的计算奠定基础关键词 地铁车站屏蔽门漏风量STAR-CD空调负荷1 W&随着我国国民经济的发展与城市化水平的 不断提高，越来越多的城市开始建设并拥有地 铁鲜蔽门(Platform Screen Door, PSD)系统 于20世纪80年代出现，由于其节能、安全、美 观等特点，在地铁中的应用越来越广泛H前上 海、广州、深圳、成都等城市的地铁都采用了屏 蔽门系统屏蔽门系统的应用使隧道与车站分隔 开来，大大减小了车站公共区空调负荷，对减小 车站空调设备容量起到了十分重要的作用地铁车站在运营期间，屏蔽门开启后，由于 屏蔽门两侧隧道与车站热压与风压的共同作用， 会造成屏蔽门两侧空气的对流现象，这种现象会 带来车站空调负荷的变化FI前地铁隧道通风系 统设计中普遍使用美国交通部开发的地铁环境 模拟软件 SES(Subway Environment Simulation)，但由于其计算原理的限制，故不 能计算列车停站期间屏蔽门的漏风量。

国内地铁 车站空调设计过程中使用的屏蔽门漏风量所造 成的空调负荷占车站空调负荷的15%左右，由此 可以看出漏风量的大小对车站空调负荷的影响 比较显著因此，地铁车站屏蔽门漏风量大小对 确定地铁车站空调负荷具有重要作用，同时可以 为空调设备容量的确定提供依据，避免由于负荷 估算过大造成浪费，在国家提倡建立节约型社会 的今天具有现实意义伴随着订算机技术的日益发展，计算流体力 学(Computational Fluid Dynamics, CFD)技 术也得到了长足进步，己成为地铁通风空调设计 的重要手段CFD技术是现代模拟仿真技术的一 种，是近年来发展迅速的一种计算机辅助设计技 术，其作用是对各种工•况下气流组织的温度、速 度场等进行模拟计算通常而言，地铁通风空调 系统设计有多种可选方案，而运营后的气流场与 温度场等参数无法在设计阶段得到，因此利用计 算机模拟技术对各种方案进行模拟计算，可以对 设计中的地铁通风空调系统效果进行预测采用 CFD方法，可以对地铁车站及隧道的温度场、速 度场、污染物浓度分布及排放、人体舒适性，以 及火灾情况下的通风模式、烟气流动状况及此情 况下的温度场和速度场进行三维可视化仿真模 拟。

通过一次完整的模拟计算，就E以得到任意 一个断面的任意方向上的温度、速度、压力、平 均空气年龄、以及PPD (预期不满意白分率)与 PMV (预期平均评价)等随时间的连续变化值， 并且模拟所得出的计算数据经处理后的可视化 结果十分直观因此，利用计算流体力学模拟技 术完全可以对地铁屏蔽门漏风量进行定量分析， 进而指导车站空调设计本算例以我院参与设己I的上海某地铁线路 的某车站为计算对象，利用著名的商用流体分析 软件STAR-CD对屏蔽门漏风量进行模拟讨算2.1曜简介模拟计算车站为地下三层岛式车站，地下一 层为站厅，地下二层为设备层，地下三层为站台 层站厅有四个出入口通道与大气相通站厅与 站台通过两座封闭楼梯连接，因此设备层除楼梯 部分外，其他部分没有必要纳入计算模型屏蔽 门沿站台边缘设置，以有效站台中心线为基准向 两边对称布置每侧屏蔽门的活动门30个(宽* 高二2000mm*2000mm)列车进站停稳后，该侧活 动门打开，乘客上下后，活动门关闭，列车出站 车站隧道设有UPE/0TE排热系统，上、下行线隧 道各设一台排热风机车站前后每条隧道两端设 有两座活塞风井，共四座根据地铁运行模式， 两侧屏蔽门同时打开上下客的情况非常少，所以 采用一侧屏蔽门打开，一侧屏蔽门关闭的儿何模 型进行计算具有合理性。

首先利用三维CAD软件建立整个车站主体、 风道、活塞风井的儿何模型，由于STAR-CD生成 的是贴体网格，具有良好的适应性，因此建立的 儿何模型可与实体结构基本一致空气在建筑物 内部流动的过程中，局部阻力往往是影响空气流 动的主要因素，因此地铁车站公共区与隧道通风 机房的儿何结构对计算结果影响较大，完整的儿 何模型可以更准确地反映空气的实际流动情况 建立好三维CAD儿何模型后，再利用STAR-CD中 自身强大的自动网格生成器PR0AM软件划分网 格网格类型选用非结构化的六面体网格在利 用PRO-AM的过程中，应当注意参数的选择，过 大的网格可能导致计算结果失真，或者根本无法 计算，过小的网格会导致网格数量偏大而增加计 算时间最后对流动复杂的区域进行局部加密， 所得网格总数约为110万个计算儿何模型与网 格划分情况如图1所示1随着我国国民经济的发展与城市化水平的 不断提高，越来越多的城市开始建设并拥有地 铁屏蔽门(Platform Screen Door, PSD)系统 于20世纪80年代出现，由于其节能、安全、美 观等特点，在地铁中的应用越来越广泛目前上 海、广州、深圳、成都等城市的地铁都采用了屏 蔽门系统。

屏蔽门系统的应用使隧道与车站分隔 开来，大大减小了车站公共区空调负荷，对减小 车站空调设备容量起到了十分重要的作用地铁车站在运营期间，屏蔽门开启后，由于 屏蔽门两侧隧道与车站热压与风压的共同作用， 会造成屏蔽门两侧空气的对流现象，这种现象会 带来车站空调负荷的变化R前地铁隧道通风系 统设计中普遍使用美国交通部开发的地铁环境 模拟软件 SES(Subway Environment Simulation),但由于其计算原理的限制，故不 能计算列车停站期间屏蔽门的漏风量.国内地铁 车站空调设计过程中使用的屏蔽门漏风量所造 成的空调负荷占车站空调负荷的15%左右，由此 可以看出漏风量的大小对车站空调负荷的影响 比较显著因此，地铁车站屏蔽门漏风量大小对 确定地铁车站空调负荷具有至要作用，同时E以 为空调设备容量的确定提供依据，避免由于负荷 估算过大造成浪费，在国家提倡建立节约型社会 的今天具有现实意义伴随着计算机技术的日益发展，计算流体力 学(Computational Fluid Dynamics, CFD)技 术也得到了长足进步，已成为地铁通风空调设计 的重要手段CFD技术是现代模拟仿真技术的一 种，是近年来发展迅速的一种计算机辅助设计技 术，其作用是对各种工况下气流组织的温度、速 度场等进行模拟订算。

通常而言，地铁通风空调 系统设计有多种可选方•案，而运营后的气流场与 温度场等参数无法在设计阶段得到，因此利用计 算机模拟技术对各种方案进行模拟计算，可以对 设计中的地铁通风空调系统效果进行预测采用 CFD方法，可以对地铁车站及隧道的温度场、速 度场、污染物浓度分布及排放、人体舒适性，以 及火灾情况下的通风模式、烟气流动状况及此情 况下的温度场和速度场进行三维可视化仿真模 拟通过—•次完整的模拟计算，就可以得到任意 一个断面的任意方向上的温度、速度、压力、平 均空气年龄、以及PPD （预期不满意百分率）与 PMV （预期平均评价）等随时间的连续变化值， 并且模拟所得出的计算数据经处理后的可视化 结果十分直观风此，利用计算流体力学模拟技 术完全可以对地铁屏蔽门漏风量进行定量分析， 进而指导车站空调设计2模型的戴本算例以我院参与设计的上海某地铁线路 的某车站为计算对象，利用著名的商用流体分析 软件STAR-CD对屏蔽门漏风量进行模拟H算2.1窗简介模拟计算车站为地下三层岛式车站，地下一 层为站厅，地下二层为设备层，地下三层为站台 层站厅有四个出入曰通道与大气相通站厅与 站台通过两座封闭楼梯连接，因此设备层除楼梯 部分外，其他部分没有必要纳入计算模型。

屏蔽 门沿站台边缘设置，以有效站台中心线为基准向 两边对称布置每侧屏蔽门的活动门30个（宽* 高=2000mm*2000mm）列车进站停稳后，该侧活 动门打开，乘客上下后，活动门关闭，列车出站 车站隧道设有UPE/OTE排热系统，上、下行线隧 道各设一台排热风机车站前后每条隧道两端设 有两座活塞风井，共四座根据地铁运行模式， 两侧屏蔽门同时打开上下客的情况非常少，所以 采用一侧屏蔽门打开，一侧屏蔽门关闭的儿何模 型进行计算具有合理性首先利用三维CAD软件建立整个车站主体、 风道、活塞风井的儿何模型，由于STARVD生成 的是贴体网格，具有应好的适应性，因此建立的 儿何模型可与实体结构基本一致空气在建筑物 内部流动的过程中，局部阻力往往是影响空气流 动的主要因素，因此地铁车站公共区与隧道通风 机房的儿何结构对计算结果影响较大，完整的儿 何模型可■以更准确地反映空气的实际流动情况 建立好三维CAD儿何模型后，再利用STAR-CD中 自身强大的自动网格生成器PROAM软件划分网 格网格类型选用非结构化的六面体网格在利 用PRO-AM的过程中，应当注意参数的选择，过 大的网格可能导致计算结果失真，或者根木无法 计算，过小的网格会导致网格数量偏大而增加计 算时间。

最后对流动复杂的区域进行局部加密， 所得网格总数约为110万个计算儿何模型与网 格划分情况如图1所示图1计算模型示意图2.2蜘计算赫与边｛牛设定地铁车站的空气流动属常温常压、非定常、 低Reynolds数流动，订算时采用近年来室内流 场数佰模拟中使用比较广泛的RNG -k双方程湍 流模型，速度-压力耦合采用SIMPLE算法， STAR~CD软件自身采用有限体积法(Finite Volume Method, FVM)推导离散方程以满足「•程要求为前提，对实际情况进行假 设可以达到节省运算成木、缩短计算周期的日 的，计算边界条件的设定如下：(1)将空调房间的内墙、车站出入口通道侧 墙、立柱壁面、风管壁面、P1风室壁面和隧道壁 面等设为等温墙体边界地铁列车发热部位同样 设置为墙体边界，并按设计要求设定相应发热量;⑵车站出入口通道、活塞/机械通风井与 大气交界处设为压力边界；(3) 假设送风入口处流体参数均匀，车站公 共区空调送、排风口分别设定为进曰型边界和 出曰型边界，均设置为在距地面3m的岳顶位置；⑷隧道车行区顶部与站台板底部的排风口 一直处于开启状态，各风曰的排风量均匀，单台 排热风机总排风量为50m3/so3计算结果通过对实际地铁车站建立物理数学模型，进 行计算后可以得到整个车站及其相邻隧道的温 度场、速度场、压力场等参数，这样就可以得到 计算区域内任意时间的任意一点的各个参数值。

由模拟计算结果国知，地铁车站出入曰与活塞/ 机械风口均进风，分别通过车站公共区与隧道通 风机房进入车站轨行区，并通过车行区排热系统 (OTE/UPE)排至室外图2为车站横断面速度 分布图车站站台通过各个屏蔽门与隧道所交换 的风量有差异，靠近两个自动扶梯的屏蔽门交换 的风堇大，处于车站中间位置的屏蔽门均较小, 如图3所示lftx M ioch* ioc< ―图2车站横断面速度分布示意图 性，Z ^wor s图3 JMS计算钻果曲线图4结论及建议利用先进的计算流体力学软件，通过对地铁 车站的三维儿何模型的建立、数据化网格的划 分、差分格式的确定，以及边界条件的设置，可 以达到对地铁车站空调系统的屏蔽门漏风量进 行研究的目的，其结果可以为车站空调通风设计 起到积极地指导作用模拟计算表明，OTE/UPE排热风量设计为 50m3/s时,目前国内地铁车站设计时选取的屏蔽 门漏风量而造成的空调负荷普遍偏小城市地铁 在运营过程中，车站客流量将随着地铁年限的增 加而增加，相应地列车行车对数将会加大，到远 期运营时空调负荷将达到最大车站空调设备容 量是按远期高峰时段空调负荷最大时选择的，如 果屏蔽门漏风量值选取偏小，则有可能出。